【正文】 在半軸的結(jié)構(gòu)設(shè) 計中，為了使花鍵的內(nèi)徑不致過多的小于半軸的桿部直徑，常常將半軸加工花鍵的端部設(shè)計的粗一些，并且適當(dāng)?shù)臏p小花鍵槽的深度，因此花鍵齒數(shù)必須相應(yīng)的增多，一般的，轎車半軸的齒數(shù) Z=10，在此取 Z=8。和內(nèi)26 輪上的垂直反力 2ziF 分別為 )( 0 .5GFFGF122z 2 0z 2 o2z 2 i{?Bh g??? (44) 式中 ， gh 為汽車質(zhì)心高度 參考一般計算方法取 ； 2B 為輪距 2B =1430mm； 1? 為側(cè)滑附著系數(shù)，計算時 可取 1． 0。 半軸的計算應(yīng)考慮到以下三種可能的載荷工況： （ 1） 縱向力 X2 最大時 (X2＝ 21Z? )，附著系數(shù) 預(yù) 取 ，沒有側(cè)向力作用； （ 2）側(cè)向力 Y2 最大時，其最大值發(fā)生于側(cè)滑時，為 21Z? 中，側(cè)滑時輪胎與地面的側(cè)向附著系數(shù) 1? ，在計算中取 ，沒有縱向力作用； （ 3）垂向力 Z2最大時，這發(fā)生在汽車以可能的高速通過不平路面時，其值為 2()wdZ g k? ，dk 是動載荷系數(shù)，這時沒有縱向力和側(cè)向力的作用。 3） 當(dāng)桿部較粗且外端凸緣也較大時，可采用兩端花鍵的連接結(jié)構(gòu)。半浮式半軸除傳遞轉(zhuǎn)矩外，其外端還承受由路面對車輪的反力所引起的全部力和力矩。 表 33 半軸齒輪和行星齒輪參數(shù) 半軸齒輪 行星齒輪 分度圓直徑 72mm 分度圓直徑 48mm 齒輪孔 33mm 齒輪孔 28mm 孔長度 21mm 孔長度 18mm 節(jié)錐距 43mm 節(jié)錐距 43mm 因此可以設(shè)計差速器殼體為： 半軸孔為 38mm，長度為 33mm，十字軸孔為 28mm，長度為 32mm，殼體厚度為 10mm，差速器殼體內(nèi)過度半徑 為 30mm，差速器殼體長度為 157mm。 綜上所述，差速器齒輪選用材料為 20CrMnTi，它的工藝流程為： 下料 ?鍛造 ?正火 ?機械加工 ?調(diào)制 ?切齒輪。齒面噴九處理有可能提高壽命 25％。滲碳合金鋼的主要缺點是熱處理費用較高，表面硬化層以下的基底較軟，在承受很大壓力時可能產(chǎn)生塑性變形，如果滲透層與心部的含碳量相差過多，便會引起表面硬化層的剝落。常用的鋼號有 20CrMnTi，22CrMnMo， 20MnVb 和 20MnVn2TiB。 汽車驅(qū)動橋 內(nèi)差速器齒輪 的工作條件是相當(dāng)惡劣 的，與傳動系其它齒輪比較，具有 工作 作用時間長、變化多、有沖擊等特點。支承剛度大時取最小值。 2222 2cos4xa shh d ??? 1 mm? ；2 mm? 差速器齒輪的強度計算 差速器齒輪的尺寸受結(jié)構(gòu)限制，而且承受的載荷較大，它不像主減速器齒輪那樣經(jīng)常處于嚙合狀態(tài)，只有當(dāng)汽車轉(zhuǎn)彎或左右輪行駛不同的路程時，或一側(cè)車輪打滑而滑轉(zhuǎn)時，差速器齒輪才能有嚙合傳動的相對運動 。39。 002 ? ? 18 根錐角 1 1 1R? ? ???； 2 2 2R? ? ??? 01 ? ? 。 m h?? 1 mm? 。 9 節(jié)圓直徑 11 mzd? ； 22 mzd ? 1 48d? 。2d 為半軸齒輪齒面寬中點處的直徑，而 39。 18 行星齒輪安裝孔的直徑及其深度 行星齒輪的安裝孔的直徑 ? 與行星齒輪軸的名義尺寸相同，而行星齒輪的安 裝孔的深度就是行星齒輪在其軸上的支承長度，通常?。? ??L （ 312） ? ? 32 0 101 . 1cTLnl?? ????? （ 313） ? ?30 101 .1 cTnl? ???? （ 314） 式中： 0T — 差速器傳遞的轉(zhuǎn)矩， N 的壓力角，齒高系數(shù)為 。 差速器圓錐齒輪模數(shù)及半軸齒輪節(jié)圓直徑的初步確定 首先初步求出行星齒輪與半軸齒輪的節(jié)錐角 1? ， 2? ， 211 arctanzz?? = 12arctan18 =176。但一般不少于 10。 本設(shè)計中選擇的汽車基本參數(shù)如下表 31 所示： 表 31 汽車的基本參數(shù) 參數(shù)名稱 數(shù)值 單位 汽車布置方式 前置后驅(qū) 15 總長 4320 mm 寬 1750 mm 軸距 2620 mm 前輪距 1455 mm 后輪距 1430 mm 整備質(zhì)量 1480 kg 總質(zhì)量 2100 kg 發(fā) 動機型式 汽油直列四缸 排量 L 最大功率 最大轉(zhuǎn)矩 158/4000 NM 壓縮比 :1 離合器 摩擦式離合器 變速器檔數(shù) 五檔 手動 輪胎類型與規(guī)格 185R14 km/h 轉(zhuǎn)向器 液壓助力轉(zhuǎn)向 前輪制動器 盤 后輪制動器 鼓 前懸架類型 雙叉骨獨立懸架 后懸架類型 螺旋彈簧 最高車速 140 km/h 行星齒輪數(shù)目的選擇 行星齒輪數(shù) n 需根據(jù)承載情況來選擇，在承載不大的情況下 n 可以取兩個，由于輕型轎車的承載 較小，因此， 采用 2個行星齒輪。如圖 32 所示。 當(dāng)行星齒輪 4 除公轉(zhuǎn)外，還繞本身的軸 5 以角速度 4w 自轉(zhuǎn)時，嚙合點 A 的圓周速度為1 0 4w r w r w r??，嚙合點 B的圓周速度為 2 0 4w r w r w r??， 于是 1 2 0 4 0 4( ) ( )w r w r w r w r w r w r? ? ? ? ? （ 31） 14 即 1 2 02w w w?? （ 32） 若角速度以每分鐘轉(zhuǎn)數(shù) n 表示，則 021 2nnn ?? （ 33） 式（ 33）為兩半軸齒輪直徑相等的對稱式圓錐齒輪差速器的運動特征方程式，它表明左右兩側(cè)半軸齒輪的轉(zhuǎn)速之和等于差速器殼轉(zhuǎn)速的兩倍，而與行星齒輪轉(zhuǎn)速無關(guān)。 A、 B 兩點分別為行星齒輪 4 與半軸齒輪 1 和 2 的嚙合點。差速器有多種形式，在此設(shè)計普通對稱式圓錐行星齒輪差速器。如果驅(qū)動橋的左、右車輪剛性連接，則行駛時不可避免地會產(chǎn)生驅(qū)動輪在路面上的滑移或滑轉(zhuǎn)。此外，由于左、右車輪的轉(zhuǎn)矩時斷時續(xù)，車輪傳動裝置受的動載荷較大，單邊傳動也使其受較大的載荷。裝有這種差速器的汽車在直線行駛時，主動環(huán)可將由主減速器傳來的轉(zhuǎn)矩按左、右輪阻力的大小分配給左、右從動環(huán) (即左、右 半軸 )。但在如此高的內(nèi)摩擦情況下，差速器磨損快、壽命短。 蝸輪式差速器 蝸輪式差速器 (圖 2— 5)也是 一種高摩擦自鎖差速器。當(dāng)差速器傳遞動力時，主動套帶動滑塊并通過滑塊帶動內(nèi)、外凸輪旋轉(zhuǎn)，同時允許內(nèi)、外凸輪轉(zhuǎn)速不等。 滑塊凸輪式差速器 圖 2— 4為雙排徑向滑塊凸輪式差速器。 如果差速器完全鎖住，則汽車所能發(fā)揮的最大牽引力 tF 為 2 2 2m in m in()2 2 2t G G GF ? ? ? ?? ? ? ? (28) 可見，采用差速鎖將普通錐齒輪差速器鎖住，可使汽車的牽引力提高 min min( ) / 2? ? ?? 倍，從而提高了汽車通過性。成正比，可表示為示為 0 ta nfrzdTrTfr ?? (26) 式中， fr 為摩擦片平均摩擦半徑； dr 為差速器殼 V形面中點到半軸齒輪中心線的距離； f為摩擦因數(shù)； z 為摩擦面數(shù)； ? 為 V 形面的半角。每個半軸齒輪背面有壓盤 3 和主、從動摩擦片 2，主、從動摩擦片 2分別經(jīng)花鍵與差速器殼 1和壓盤 3相連。一般為 0． 05～ 0． 15，兩半軸轉(zhuǎn)矩比 kb=1． 11～ 1． 35，這說明左、右半軸的轉(zhuǎn)矩差別不大，故可以認為分配給兩半軸的轉(zhuǎn)矩大致相等，這樣的分配比例對于在良好路面上行駛的汽車來說是合適的。圖 22 為其示意圖，圖中 0w 為差速器殼的角速度； 1w 、 2w 分別為左、右兩半軸的角速度； 0T 為差速器殼接受的轉(zhuǎn)矩； rT 為差速器的內(nèi)摩擦力矩； 1T 、 2T 分別為左、右兩半軸對差速器的反轉(zhuǎn)矩。 普 通的對稱式圓錐行星齒輪差速器由差速器左、右殼， 2個半軸齒輪 ， 4個 行星 齒輪 (少數(shù)汽車采用 3 個行星齒輪，小型、微型汽車多采用 2個 行星齒輪 )，行星齒輪 軸 (不少裝 4個行星齒輪的差逮器采用十字軸結(jié)構(gòu) )，半軸齒輪及行星齒輪墊片等組成。 普通齒輪式差速器的傳動機構(gòu)為齒輪式 ， 齒輪差速器要圓錐齒輪式和圓柱齒輪式兩種 ，汽車上廣泛采用的差速器為對稱錐齒輪式差速器，具有結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量較小等優(yōu)點，應(yīng)用廣泛。例如把一粒豆子放進一個碗內(nèi)，豆子會自動停留在碗底而絕不會停留在碗壁，因為碗底是能量最低的位置（位能），它自動選擇靜止（動能最?。┒粫粩噙\動。即使是汽車直線行駛，也會因路面不平或雖然路面平直但輪胎滾動半徑不等（輪胎制造誤差、磨損不同、受載不均或氣壓不等）而引起車輪的滑動。 汽 車 在行 駛過 程中左，右 車輪 在同一 時間內(nèi) 所 滾過 的路程往往不等。 差速器的組成與工作原理 普通差速器由行星齒輪、行星輪架（差速器殼）、半軸齒輪等零件組成 [3]。 汽車驅(qū)動 橋 的設(shè)計要求 驅(qū)動橋是汽車傳動系統(tǒng)中主要總成之一。因此，它不僅承受轉(zhuǎn)矩，而且承受作用車輪與路面間的鉛垂力、縱向力、橫向力所引起的彎矩。 根據(jù)所承受載荷的不同半軸分為全浮式、半浮式和 3／ 4 浮式三種。如果不計其不大的內(nèi)摩擦，則這種差速器是將轉(zhuǎn)矩平均地分配到左、右半軸上，因此，裝用這種簡單的對稱式圓錐行星齒輪差速器的汽車，當(dāng)左、右驅(qū)動車輪與道路的附著系數(shù)不同是一個驅(qū)動車輪滑轉(zhuǎn)而失去牽引力時，另一個附著驅(qū)動車輪也得喪失牽引功能。另外，即使汽車在平坦路面上直線行駛左、右輪行程相同，但有時也會由于輪胎外徑的制造誤差，輪胎磨損程度，輪胎氣壓或輪胎負荷的不同，而引起它們的滾動半徑不相等，導(dǎo)致轉(zhuǎn)速也不相同。在大型汽車上，為了得到大的主減速器比同時又不減小離地間隙，常采用另加一對斜齒 (或人字形齒 )圓柱齒輪或行星輪系的雙級主減速器的方法。采用優(yōu)化設(shè)計方法使傳動系各傳動比與發(fā)動性能參數(shù)作最佳匹配，可得到最佳效果。其次是因為變速器的主要任務(wù)僅在于通過選擇適應(yīng)的排擋數(shù)目及各擋傳動比，以使內(nèi)燃機的轉(zhuǎn)矩一轉(zhuǎn)速特性能適應(yīng)汽車在各種行駛阻力下對動力性和燃料經(jīng)濟性要求，而驅(qū)動橋主減速器 (有時還有輪邊減速器 )的功用則在于當(dāng)變速器處于最高擋位 (通常為直接擋，有時還有超速擋 )時，使汽車有足夠的牽引力，適當(dāng)?shù)淖罡哕囁俸土己玫娜剂辖?jīng)濟性，為此，需將經(jīng)過變速器、傳動軸傳來的動力，通過驅(qū)動橋的主減速器作進一步增大轉(zhuǎn)矩，降低轉(zhuǎn)速的變化。這種驅(qū)動橋無剛性整體橋殼，如德國梅賽德斯 — 奔馳 200 型轎車，左、右兩段橋殼僅由一銷軸相聯(lián)，且僅有一側(cè)的半軸為分段式的，可相對的主減速器做上、下擺動和雙鉸節(jié)式 ， 如德國 Audi 80 Quattro 的后驅(qū)動橋左、右兩半軸均可相對主減速器做上、下擺動。當(dāng)車輪采用非獨立懸架時，采用的非斷開式 (整體式 )驅(qū)動橋。 (3)運用 CATIA 軟件 對 驅(qū)動橋 的 差速器及半軸 進行建模分析， 并 驗證 差速器 設(shè)計的合理性。采用電子計算機作分析計算手段，由于其計算速度很快且數(shù)據(jù)容量很大，就可采用較為準確的多自由度的數(shù)學(xué)模型來模擬汽車零部件在各種工況下的運動，采用現(xiàn)代先進的數(shù)學(xué)方法進行分析，可取得較準確的結(jié)果，這就為設(shè)計人員分析各種方案和進行創(chuàng)造性的工作提供了很大的方便。從某些方面來說這成了制約企業(yè)快速發(fā)展的主要因素。 4） CAD 應(yīng)用落后 計算機輔助設(shè)計 (CAD： Computer Aided Design)技術(shù)一般指以計算機 作為輔助工具的各種應(yīng)用技術(shù)， 是以計算機外圍設(shè)備及其系統(tǒng)軟件為基礎(chǔ)，包括二維繪圖設(shè)計、三維幾何造型設(shè)計、有限元分析 (FEA)及優(yōu)化設(shè)計、數(shù)控加工編程 (NCP)、仿真模擬及產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理 (PDM)等內(nèi)容。特別是一些小型企業(yè)或民營企業(yè)。 我國汽車驅(qū)動橋的 現(xiàn)狀 分析 汽車驅(qū)動 橋是汽車的主要部 件之一，其質(zhì)量、性能的好壞直接影響整車的安全性、經(jīng)濟性、舒適性， 雖然我國車橋制造企業(yè)眾多，但與國外相比差距較大，沒有形成自已的核心競爭力，主要表現(xiàn)在以下幾個方面： 1） 技術(shù)含量較低 我國汽車車橋制造企業(yè)除少數(shù)企業(yè)規(guī)模較大外，普遍規(guī)模較小，生產(chǎn)能力強弱不均，技術(shù)力量參差不齊。 涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。對本研究提供過幫助和做出過貢獻的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。 According to economic, applicable, fortable, safe and reliable design principles and ana